什么是水塔?

[拼音]：shuita

[外文]：water tower

储水和配水的高耸结构，用来保持和调节给水管网中的水量和水压。水塔主要由水柜、基础和连接两者的支筒或支架组成。

按建筑材料分为钢筋混凝土水塔、钢水塔、砖石支筒与钢筋混凝土水柜组合的水塔。水柜也可用钢丝网水泥、玻璃钢和木材建造。过去欧洲曾建造过一些具有城堡式外形的水塔。法国有一座多功能的水塔，在最高处设置水柜，中部为办公用房，底层是商场。中国也有烟囱和水塔合建在一起的双功能构筑物。按水柜形式分为圆柱壳式和倒锥壳式（见彩图）。在中国这两种形式应用最多，此外还有球形、箱形、碗形和水珠形等多种。支筒一般用钢筋混凝土或砖石做成圆筒形。支架多数用钢筋混凝土刚架或钢构架。水塔基础有钢筋混凝土圆板基础、环板基础、单个锥壳与组合锥壳基础和桩基础。当水塔容量较小、高度不大时，也可用砖石材料砌筑的刚性基础。

由顶盖、柜壁和柜底组成。顶盖采用平板、正圆锥壳或球形壳，周边设置上环梁。柜壁为圆柱形壳。柜底的外伸段是倒锥形壳，中间段采用球形壳，外伸段尺寸按两种壳的水平分力接近平衡来确定（图1）。

采用倒置的截头圆锥壳柜壁。但不设柜底，由下环梁与支筒壁封住。顶盖做法与圆柱壳式水柜相似。倒锥壳柜壁由于水深近似地与圆周直径成反比，因此，柜壁环向拉力比较均匀，受力状态较好（图2）。

水柜内力一般采用壳体的无矩理论或有矩理论进行分析。无矩理论也称薄膜理论，适用于承受自重、雪载和水压等轴对称或反对称荷载，且厚度和边缘构件尺寸较小的旋转壳。薄膜理论认为薄壳结构主要承受沿壳体曲面经线方向和环向的轴向力；而不承受弯矩、扭矩和垂直于曲面的剪力。因此，壳体未知内力只用静力平衡方程式就可求得。有矩理论则考虑所有的未知内力（轴向力、两种剪力、弯矩和扭矩），需根据内力平衡条件和壳体变形关系列出方程组。由于这些方程多是偏微分方程，求精确解比较复杂。在水塔设计中，既考虑壳体曲面的轴力，还要计算壳体边缘处由于与其他相连壳体或环梁的影响而产生的边缘干扰力。干扰力可根据相连在一起的构件变形协调条件求出其边缘的弯矩和剪力，再与薄膜内力叠加，即得壳体的最终内力。目前，随着电子计算机的普及使用，可用有限元法代替解析法进行较精确的计算。

支筒作为上端自由、下端固定的竖向悬臂环形断面构件计算，在竖向荷载和水平荷载共同作用下，筒壁断面处于偏心受压的应力状态，应考虑由于水平d性位移、基础倾斜、施工误差和开孔洞削弱等引起中心偏移而产生的附加弯矩。当采用支架结构支承水柜时，中、小型水塔可简化成平面刚架计算。大型水塔的支架应按空间刚架计算。

在地震区，水塔可按单质点体系计算地震力。根据震害现场观察结果，砖支筒水塔不宜建在8度地震区。水塔震害多数发生在支筒断面变更处、门窗孔洞削弱处和支架中梁、柱和水柜的连接处。地基失效，也能使水塔沉陷或倾斜。

钢筋混凝土支筒一般采用滑升模板或翻模法施工，倒锥壳水柜可先在地面灌筑，再利用千斤顶或卷扬机提升就位。钢筋混凝土支架可用预制构件吊装就位，然后灌筑结点。也可支模逐层现场灌筑梁、柱的支梁。钢水塔应注意经常维护，防止钢材锈蚀。定期测量避雷针接地电阻。在空旷地区，较高的水塔顶端应安装航空识别的标志。寒冷地区的保温水塔，需特别注意管道的保温，冬季停止送水时，应把管道内积水排出。输、配水管位置应尽量距中心近些，避免水柜出现强迫振动现象。直管上要有伸缩节。

参考书目

铁道部第三勘测设计院编：《水塔》，中国铁道出版社，北京，1980。

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